通风除尘测试技术 课件

第七章通风除尘测试技术通风除尘系统的测试是通风除尘系统运行调节的重要手段。与工业通风除尘有关的基本量有许多。如粉尘性质方面有：密度、安置角、比电阻等；气体性质方面有：温度、湿度、压力、流速、流量以及气体中的含尘浓度等等。本章主要介绍通风除尘中某些特定量的测定方法。1本章主要内容7．1粉尘特性的测定7．2通风系统风压.风速.风量的测定7．3粉尘粒径与粒径分布的测定7．4粉尘浓度的测定7．5通风除尘系统的测定27．1粉尘特性的测定7．1．1粉尘样品的分取测定粉尘的各种特性，必须以具体的粉尘为对象。从尘源处收集来的粉尘，要经过随机分取处理，以使所测的粉尘具有良好的代表性。分取样品的方法一般有：圆锥四分法流动切断法回转分取法等3（1）圆锥四分法是将粉尘经漏斗下落到水平板上堆积成圆锥体，再将圆锥垂直分成四等分a、b、c、d，舍去对角上两份a、c，而取其另一对角上的两份b、d。混合后重新堆成圆锥再分成四份进行舍取。如此依次重复2～3次，最后取其任意对角两份作为测试用粉尘样品。如图7-1所示。图7-1圆锥四分法取样4（2）流动切断法流动切断法是在从现场取回的试料比较少的情况下采用。方法是：把试料放入固定的漏斗中，使其从漏斗小孔中流出，如图7-2所示。图7-2流动切断法取样1－漏斗；2－容中器5（3）回转分取法回转分取法是使粉尘从固定的漏斗中流出，漏斗下部设有转动的分隔成八个部分的圆盘。粉尘均匀地落到圆盘上的各部分，取其中一部分作为分析测定用料。有时为了简化设备，也可使圆盘固定而将漏斗用回转运动，使粉尘均匀落入圆盘各部分中。图7-3回转分取法67．1．2粉尘真密度的测定粉尘在空气中的沉降或悬浮与其密度有很大关系，真密度是粉尘的重要物性之一。测量粉尘真密度的方法较多，如：比重瓶法（液相置换法）气相加压法等，但较常用的是比重瓶法，本章只介绍该法测定粉尘真密度的原理和方法。7用比重瓶法测定粉尘真密度的原理是：利用液体介质浸没尘样，在真空状态下排除粉尘内部的空气，求出粉尘在密实状态下的体积和质量，然后计算出单位体积粉尘的质量，即真密度,如图7-4所示。图7-4测定粉尘真密度的示意图8式中ms

——排出水的质量，kg；

mc——粉尘质量，kg；

m1

——比重瓶加水的质量，kg；

m2——比重瓶加水加粉尘的质量，kg；

ρs——水的密度，kg／m3。9测定时应先求得m1，然后将烘干的尘样称重求得mc，并装入空比重瓶中。为排除粉尘内部的空气，先向装有尘样的比重瓶装入一定量的液体介质，随后把装有尘样的比重瓶和装有备用液体的烧杯一起放在密闭容器内，用真空泵抽气。当容器内真空度接近100kPa后，保持30min。然后取出比重瓶静置30min，使其与室温相同，再将备用液体注满比重瓶，称重求得m2。用温度计测出备用液体的温度，得出密度ρs。测定步骤107．1．3粉尘堆积密度的测定测定粉尘的堆积密度（表观密度、容积密度）时，需要准确地测出粉尘（包括尘粒间的空隙）所占据的体积及粉尘的质量。图7-5所示标准的粉尘堆积密度测定装置。11首先称出盛灰桶1的质量m0（kg），灰桶容积规定为100cm3。漏斗2中装入灰桶容积1.2～1.5倍的粉尘。抽出塞棒3后，粉尘由一定的高度〔ll5mm〕落入灰桶，然后用厚3mm的刮片将灰桶上堆积的粉尘刮平。称取灰桶加粉尘的质量ms（kg），用下式可求得粉尘的堆积密度ρB127．1．4粉尘安置角的测定（1）注入法（如图a所示）粉尘自漏斗流出落到水平圆板上，用测角器直接量其堆积角或量得粉尘锥体的高度求其堆积角，即H——粉尘锥体高度，cm；R——底板半径，cm，一般为40cm；α——粉尘安置角，°。13（2）排出法（如图b所示）粉尘从容器的底部圆孔排出，测量粉尘流出后在容器内的堆积斜面与容器底部水平面的夹角。装粉尘的容器可以是带有刻度的透明圆筒。粉尘安置角为：H——粉尘斜面高，cm，

R——圆筒半径，cm；

R——流出孔口半径，cm。14（3）斜箱法（如图c所示）在水平放置的箱内装满粉尘，然后提高箱子的一端，使箱子倾斜，测量粉尘开始流动时粉尘表面与水平面的夹角。（4）回转圆筒法（如图d所示）粉尘装入透明圆筒中（粉尘体积占筒体1/2）。然后将筒水平滚动，测量粉尘开始流动时的粉尘表面与水平面的夹角。157．1．5粉尘比电阻的测定粉尘的比电阻对于电除尘具有特殊的意义，因而粉尘比电阻的测定显得十分重要，并提出了许多方法。粉尘的比电阻是随其所处的状态（烟气温度、湿度、成分等）而变化的，因此在实验室条件下测定时，应尽可能模拟现场实际的烟气条件，：16①模拟电除尘器粉尘的沉积状态，即粉尘层的形成是在电场作用下荷电粉尘逐步堆积而成；②模拟电除尘器中的气体状态（气体的温度、湿度、气体成分等）；③模拟电除尘器的电气工况，即在高压电场下的电压和电晕电流。在实际测量中满足上述要求是相当困难的。因而不同的仪器及测定方法在满足上述要求时，各有侧重。用不同方法测出的比电阻值差别较大，有的甚至达到1～2个数量级。具体的要求：17可分为实验室测定方法和现场测定方法。实验室测定方法可以调节测定条件（如温度、湿度等），适用于研究工作，但不可能与现场烟气条件完全一致，如烟气的成分就很难模拟。下面介绍一种目前在实验室中采用较多的方法——平板（圆盘）电极法。18仪器的结构如图7-7所示。在一个内径为76mm、深5mm的圆盘内装上被测粉尘，圆盘下部接高压电源，粉尘上表面放置一根可上下移动的盘式电极，在圆盘的外周有一圆环，圆坏与圆盘之间有0.8mm的气隙，。圆盘上连接一根导杆，使圆盘能上下移动，导杆的端部用导线串联一个电流表并与地极连接。图7-7比电阻测定仪器示意图19测定时，将粉尘自然填充到圆盘内，然后用刮片刮平，给粉尘层施加逐渐升高的电压，取90％的击穿电压时的电压和电流，按下式计算比电阻。Rb——粉尘比电阻，Ω·cm

V——计算电压，V；

I——计算电流，A；

δ——粉尘层厚度，cm；

A——圆盘面积，cm2

根据需要，也可将圆盘置于可调节温度、湿度和气体参数的测定箱内进行测定。207．2通风系统风压、风速、风量的测定7．2．1测定断面和测点的布置（1）测定断面的选择测量断面应选择在气流平稳的直管段上。测量断面设在弯头、三通等异形部件前面（相对气流运动方向断面设在弯）时，距这些部件的距离要大于2倍管道直径；设在这些部件的后面时，应大于4～5倍管道直径。如图7-8。条件许可时，离这些部件的距离越远，气流越平稳，对测量越有利。21但是测试现场往往难于完全满足要求，这时只能根据上述原则选取适宜的断面位置，同时适当增加测点密度。但距局部构件的最小距离至少是管道直径1.5倍。图7-8测点布置示意图22（2）测点的布置由流体力学可知，气流速度在管道断面上的分布是不均匀的。由于速度的不均匀性，压力分布也是不均匀的。因此，必须在同一断面上多点测量，然后求出该断面的平均值。①矩形管道可将管道断面划分为若干等面积的小矩形，测点布置在每个小矩形的中心，小矩形每边的长度为200mm左右，如图7-9所示。对于工业炉窑，其烟道的断面积较大，测点数按表7-1确定。23表7-1矩形烟道的分块和测点数烟道断面积(m2)等面积小块数测点数1以下1～44～92×23×34×34912图7-9矩形风管测点布置图24②圆形管道在同一断面设置两个彼此垂直的测孔，并将管道断面分成一定数量的等面积同心环，同心环的环数按表7-2确定。表7-2圆形风管的分环数风管直径D(mm)≤300300～500500～800850～1100>1150划分的环数n23456图7-10是划分为三个同心环的风管的测点布置图，其它同心环的测点可参照图7-10所示的布置。对于圆形烟道其分环数按表7-3确定。25表7-3圆形烟道的分环数烟道直径D(mm)<0.50.5～1.01～22～33～5划分的环数n12345

R0——风管的半径，mm；Ri——风管中心到第i点的距离，mm；i——从风管中心算起的同心圆环的n——风管断面上划分的同心环数量。267．2．2气体压力的测定在通风除尘系统的测定中，管内气体的压力是测得最多的项目。流速（大小和方向）、流量等参数的测量，也往往要转换成压力测量问题。空气在风管内流动时，会出现三种压力，静压Pj、动压Pd和全压Pq。27静压力表示气体的势能，其大小向各个方向都相同，在测定时，为了排除动压的干扰，一般通过垂直于气流的测孔测得，如图7-11所示。静压可以是正直或负值。静压是正值时，表示管内气体压力高于周围的大气压。反之，为负值时，风管内气体压力低于周围大气压力。28动压是气体流动所具有的动能，其方向与气体流向一致，其值永远为正。测动压是为了求出气体的流速。动压与流速之间的关系是全压是静压和动压的代数和。在正对气流的方向上，既有动压，又有静压，因此，全压值可以通过正对气流的测孔测取，如图7-11所示的测定方法。29测量压力的装置一般由三部分组成：感受压力的测压管，传输部分及压力显示部分。（1）测压管测压管是直接感受气体压力的仪器或元件，在测定中，常用测压孔和各种形状的测压管，应用最广泛的就是皮托管。皮托管是与压力计配合使用是测量气体压力的一种仪表，常用的有标准型（或称L型）和S型两种，用紫铜或不锈钢制成。301）标准型皮托管标准型皮托管如图7-12所示，管内有两个通路。一个通路是在端部中心留有小孔，测定时此孔应正对气流以感受全压；另一个通路是在管的侧面，管壁上钻有小孔，测定时，小孔应垂直于气流方向，感受静压。这两个侧孔测到的压力差值即为动压值。图7-12标准型皮托管312）S型皮托管S型皮托管如图7-13所示，它有两个背对背的测孔，－个正对气流测全压，一个背对气流感受静压。因此，测孔和管径均较大，故适用于测定含尘浓度较高的气体。但其误差较大，且具有方向性，即背对背的两个测孔互换位置再来测定，其测定值将有所不同。32无论是标准型皮托管还是S型皮托管，均应在风洞内用标准皮托管进行校正，求出皮托管系数。皮托管系数有的采用风速修正系数K——皮托管风速修正系数；uc——用标准皮托管测出的风速，m／s；

u——被校皮托管测出的风速，m/s。Pd——用标准皮托管测量出的动压值，Pa；Pd’——被校皮托管测量出的动压值，Pa。33皮托管修正系数K2值，在校正时计算比较简单，故常被采用。标准型皮托管的校正系数一般接近于1，而S型皮托管的系数K2－般只有0.7左右。如前所述，S型皮托管具有方向性，故在标定时，除标明修正系数外，还标明哪一端接全压，以免使用时接错。34（2）压力计常用的压力显示仪表是液柱式压力计，压力的单位是mm水柱和mm汞柱，单位之间的换算如下P——压力，Pa；h——用液体柱表示的压力，mm液体柱；g——重力加速度，m2/s；ρ——液体的密度，kg/m3。351）U型管压力计最简单的液体压力计是U形管（如图），其中装有水、汞、酒精等作为工作液管径越小，误差越大，一般不希望用管径很小的U形管。当U形管中注入水时，由于在两管中作用压力不同而产生的水位高差h，就表示气体的压差⊿P。362）倾斜式压力计倾斜式压力计（如图），它实际上就是U型管压力计的一根管子加粗成为一个容器，另一根管子可倾斜。一般容器直径为100mm，倾斜管直径5mm。倾斜管的角度α可以使读数放大一些，从而提高读数准确度。常用来测动压。37当微压计不感受压差，即P1=P2时，容器中和倾斜管中的液面处于同一高度，即处于0—0水平面上。当微压计通入压差时，P1＞P2，则倾斜管液面上升高度h1为

同时容器中液面下降h2，二者的液面高差为：38由于液体下降的体积等于液体上升的体积，即当采用的工作液体的密度为ρw时，压力为39改变斜管的倾斜角α，即可得到不同的K值。对于不同倾斜度时的K值（0.1、0.2、0.3、0.4等）标定在仪器上。斜管压力计的精度较直管（U形压力计）的高。随着α角减少，精度随之提高。但是，当sinα＜0.05时，由于工作液弯月面的影响，则其精度有所降低，因而也不宜采用。倾斜压力计的量程一般为0～200mm水住，最小分度值为0.2mm水柱。倾斜压力计通常采用酒精（ρw=810kg／m3）作为工作液，但读数仍为mm水柱。404）补偿式微压计补偿式微压计是一种精度较高（达0.02～0.05mm水柱）的压力计。它除了作一般微小压差的测量外，还用于校正其他压力计（如倾斜压力计）。补偿式微压计（如图7-16所示）是一用橡皮管3连接起来的两个水匣1、2所组成的系统。41图7-17补偿式微压计光学系统例如在垂直刻度上的读数为12，而水平刻度盘上的读救为120，则总的读数为：读数的精度可达1/100mm42（3）传压管道传压管道的作用是将测压管所感到的压力传到压力计。为加快传导速度，最好把传压管道（胶皮管）的长度尽可能取短些。其工作时，必须防止阻塞和泄漏。437．2．3气流速度的测量气流速度的测量包括测量速度的大小和方向，但在工程上对通风除尘系统管内风速的测量，一股只测量速度的大小。44一般采用热电式风速计测量其速度大小。常用的热球式风速仪就是热电式风速计的一种。热球式风速仪，由热球式测量头和测量仪表两部分组成。测杆头部有一个直径约0.8mm的玻璃球，球内绕有加热玻璃球的镍铬线圈和两个串联的热电，热电偶的冷端连接在磷钢质的支柱上，直接暴露在气流中。（1）当管内气流速度低于5m/s时45当一定大小的电流通过加热线圈时，玻璃球的温度就升高，其升高值与气流速度有关。风速越小，其温升越大，风速为零时，温升最高。玻璃球温度升高程度通过热电偶在电表上指示出来，因此，在通过校正后，即可用电表的读数来表示气流速度。如QDF型热球式风速仪有测量范围为0.05～5m/s，0.05～10m/s及0.05～30m/s三种，适用于气体温度为15～55℃，相对湿度不大于85%，气体中含尘浓度很低的作业环境。46这种仪器对微风速感应灵敏，反映迅速，准确，特别适用于测定排风罩口上的风速、罩口外速度场的气流分布以及用于管内气流速度较低的场合。但这种仪器需要经常校准及维修。47（2）当风管内风速大于5m/s时一般通过测量风管内各测点处的动压值Pd来计算出管内测点处的风速风管内测定断面上的平均风速up是各测点风速的平均值，即487．2．4管内气流流量的测量风管内气流的流量Q一般通过测量某断面上气流的平均风速及管道断面积，通过计算得到，即在实验室中进行风管内气流流量的测量还可以使用孔板流量计、弯头流量计等测量装置。49（1）根据弯头处的压差测定流量当气流在弯管处流动时，在曲率半径方向A及B两点之间会产生静压差，这一压差与气流的速度成正比。测出这两点间的静压差就可以计算出通过该管的气体流量。50Q——在某工况下气体的流量，m3/s；μ——流量系数，通过实验标定；F——弯管断面积，m2；

PA——弯管外侧的静压，Pa；PB——弯管内侧的静压，Pa；R——弯管（轴线）的曲率半径，m；

D——弯管的内径，m。根据实验资料，当R／D＞1时，在精度为±5％的范围内，流量系数μ可取为1。如果测量精度要求高于±5时，则可以事先用毕托管进行校正51根据实验数据表明，流量系数μ与进入弯管时断面上的气流分布均匀性有关，在弯管前面希望有尽可能长的直管段。插板阀门等部件设于弯头前大于25D、弯头后大于10D处。当在所测弯管前同一平面内有一反向弯管时（如图7-19所示），测定结果比较精确。图7-19弯头测流量的测点布置52（2）在管道入口处测流量管道的入口处作成角度为45°的圆锥管，如图7-20。如果用阻力系数ζ=0.15来表示圆锥管入口处的压力损失和在距离为1倍管径的管段阻力，则距圆锥l倍管径处的静压按伯努里方程式为：图7-20入口流量的测定537．3粉尘粒径与粒径分布的测定粉尘粒径的测定方法很多，可以利用粉尘不同的特性（如光学性能、惯性、电性等）测出。由于各种测定方法所依据的原理不同，测出粒径的物理意义也不同，如表7-4所示。用筛分法和显微镜法测得的粉尘粒径是投影径；用电导法（库尔特法）测得的是等体积径；用沉降法测得的是斯托克斯径等；不同方法测出的粒径之间没有可比性。54表7-4粉尘粒径测定方法类别测定方法测定范围（μm）粒径符号分布基准适用条件显微镜法电子显微镜0.001～0.5dj面积或个数实验室光学显微镜0.5～100dj面积或个数实验室细孔通过法电导法0.3～500dv体积实验室光散射法0.5～10dv个数现场沉降法液体介质粒径计法<100dst计重实验室移液法0.5～60dst计重实验室气体介质重力1～100dst计重实验室离心力1～70dst计重实验室现场惯心力0.3～20dst计重现场超细粉尘分级法扩散法0.01～2dst个数现场55几种在我国通风工程中常用的方法。7．3．1光学显微镜法利用光学显微镜直接测出粉尘的尺寸和形状，配合滤膜采样，更为方便。（1）显微镜的分率正常人眼睛的明视距离为25cm，在较好的照明条件，视角极限分辨角为1’，故正常人眼的分辨率73μm（即半径为250mm，角度为1’的弧长为：0.000291×256＝0.073mm），即在明视距离处，相距73μm的两个小点，不会误为一点。56

显微镜的放大作用，即是增大视角显微镜的放大倍数指的是长度，而不是面积，是由物镜的放大倍数和目镜的放大倍数的乘积得出，但也不能无限制的增大放大倍数。显微镜的分辨率是由物镜的分辨决定（第一次放大），而物镜的分辨率又由它的数值孔径和照明光线的波长两个参数决定的。物镜的数值孔径，即57n——物镜与标本之间介质的折射率；空气n=1；水n=1.33；香柏油n＝1.515；α——物镜镜口角，如图7-21所示。图7-21物镜镜口角1－物镜；2－标本面干物镜的数值孔径为0.05～0.95；水浸物镜的数值孔径为0.1～1.25；油浸物镜的数值孔径可达1.5。58一般物镜上标有如10／0.25、160／0.17字样，其中10为放大倍数，0.25表示数值孔径，160表示镜筒长度（mm），0.17为盖玻璃片厚度（mm）。用普通光线，中央照明，显微镜分辨距离用下式表示：d——物镜分辨距离，μm；

λ——照明光线的坡长，μm；

N·A——物镜的数值孔径。59照明用可见光的波长范围为0.4～0.7μm，若取其平均值为0.55μm，这是人眼最敏感的波长，如取油浸物镜的数值孔径为1.25，则d≈0.27μm，而一般用的干物镜将为0.4～0.5μm。常用的显微镜放大倍数为500～1000。60（2）样品制作方法为在显微镜下观测，需将试样粉尘均匀地分布于玻璃片上。样品的制作要细致，并注意样品的代表性。制作有法有三类：1）切片法将已制备好的试样，分散于树脂中，固结后切成薄片进行观测2）干式制样法3）湿式制样法612）干式制样法①冲击采样法：利用打气卿筒把一定量的含尘空气经窄缝高速冲击于玻璃片，使沉积其上，为防止粉尘逸散，常涂一层粘性油于玻璃片上。此法可直接从空气中取样。②干式分散法：将已制备好的试样，用毛笔尖，将试样粘附后，轻轻地均匀弹落在玻璃片上，为防止飞扬，玻璃片上涂一薄层粘性油。623）湿式制样法①滤膜涂片法：将取样后的滤膜放于磁坩埚或其它小器皿，加1～2ml醋酸丁酯溶剂，使滤膜溶解并搅拌均匀，然后取一滴，加在盖玻璃片上的一端，再用另一玻璃片制成样品，一分钟后，形成透明薄膜，即可观测。操作简单，适于滤膜测尘，样品可长期保存。②滤膜透明法：将采样后的滤膜，受尘面向下平铺于盖玻璃片上，然后在样品中心部位摘一小滴二甲苯，二甲苯向周围扩散并使滤膜成透明薄膜，数分钟后即可观测，若滤膜积尘过多时，不便观测。63（3）观测1）显微镜放大倍数的选择：粉尘的粒径分布若范围较窄，可用一个放大倍数观测，一般选用物镜的放大倍数为40倍，目镜放大倍数为10～15倍，总放大倍数为400～600倍。对微细粉尘可用更高的放大倍数。2）目镜测微尺的标定：目镜测微尺如图7-22所示，是一线状分度尺，它放在目镜镜筒中，用以量度尘粒尺寸。但其每一分格所表示尺寸与所选放大倍数有关，故使用前要用标准尺（物镜测微尺）标定。64物镜测微尺是一标准尺度，每一小刻度为10μm，如图7-23所示。标定时，将物镜测微尺放在显镜载物台（相当于粉尘试样），选好目镜并装好目镜测微尺（如图7－22），先用低倍物镜，将物镜测微尺调到视野正中，然后换所选用的物镜，调好焦距。图7-22目镜测微尺图7-23物镜测微尺65操作时要注意先将物镜调至低处，注意观察不要碰到测微尺，然后目视目镜，慢慢向上调整，直至物象清晰。慢慢调整载物台，使物镜测微尺的刻度与目镜测微尺的刻度的一端对齐（或某一刻度互相对齐），再找出另一互相对齐的刻度线。因物镜测微分度是绝对长度10μm，据此计算出目镜测微尺一个刻度所度量的尺寸。如图7-24所示，两测微尺的0点相对，另一测目镜尺的32与物镜尺的14对齐，则目镜测微尺每一刻度的度量长度为：66

若要更换物镜或目镜时，要重新标定。图7-24目镜测微尺标定示意图67（4）测定准备好的样品放于载物台上，进行观测，用目镜测微尺度量尘粒大小，一般取定向径。观测方法常用的有两种，一是在一固定视野内测量所有尘粒，尘粒过密时容易混杂。另一种是以目镜刻度尺为基准，凡是在刻度尺范围内的即计测，然后向一个方向移动样品，继续计测，如图7-25所示。68（5）测定结果整理根据测定要求划分出分散度的粒级范围，一般划分为：＜2μm，2～5μm，6～10μm，10～20μm，＞20μm，每一粒级范围取其平均值为该粒级的代表粒径。＜2μm粒级，因为一般显微镜最小观测到0.5μm，其代表粒径按1.25μm计算，＞20μm粒级，如数量很少，即不再划分。并取20μm作为代表粒径或按实际平均粒径计。根据需要，计算出数量分散度（Pn）和质量分散度（Pm）、累积分布（R）曲线等。697．3．2离心沉降法离心沉降法的工作原理是利用不同粒径的尘粒在高速旋转时，受到的惯心力不同，使尘粒分级，测定用的仪器为离心分级机，也有人把这种仪器称为巴寇（Bahco）离心分级机。下面简要介绍其作用原理和使用方法。70图7-26是离心分级机的结构示意图，试验粉尘在容器1中由金属筛网除去0.4mm以上的粗大尘粒后，均匀进入供料漏斗3，再经小孔4落入旋转通道5。在电机10带动下，旋转通道以每分钟3500转的高速旋转。位于旋转通道内的尘粒在惯性离心力的作用下，向外侧移动。图7-26离心分级机结构示意图1－带金属筛的试料容器；2－带调节螺钉的垂直遮板；3－供料漏斗，4－小孔；5－旋转通道，6－气流出口；7－分级室；8－节流，9－节流片；10－电机；11－回柱状芯子；12－均流片；13－辐射叶片；14－上部边缘；15－保护圈71电机10同时带动辐射叶片13旋转，由于叶片的旋转，空气从仪器下部吸入，经节流装置8、均流片12、分级室7、气流出口6后，由上部边缘14排出。尘粒由旋转通道5到达分级室7时，既受到惯性离心力的作用，又受到向心气流的作用。72下图是分级室内气流和尘粒运动的示意图。从该图可以看出，当作用在尘粒A上的惯性离心力大于气流的作用力时，尘粒A沿点划线继续向外壁移动，最后落入分级室内。如果惯性离心力小于气流的作用力，尘粒A沿虚线移动，随气流一起向中心运动，最后吹出离心分级机。当旋转速度、尘粒密度和通过分级室的风量一定时，被气流吹出分级机的尘粒粒径是一定的。73离心分级机带有一套节流片（共7片），改变节流片就可以改变通过分级机的风量。由最小的风量开始，逐渐顺序加大风量，就可以由小到大逐级地把粉尘由分级机吹出，使粉尘由细到粗逐渐分级。每分级一次应把分级室内残留的粉尘刷出、称重，两次分级的质量差就是被吹出的尘粒质量，即两次分级相对应的尘粒粒径间隔之间的粉尘质量。为了确定在分级机内被吹出的尘粒直径，仪器在出厂前，厂方要先用标准粉尘进行试验，确定每一个节流片（即每一种风量）所对应的粉尘粒径。74试验用的粉尘密度如与标准粉尘不同，用下式进行修正：d’c——某一节流片对应的实际粉尘的分级粒径，μm；

dc

——某一节流片对应的标准粉尘的分级粒径，μm；ρc’——标准粉尘的真密度，kg/m3；一般为1000kg/m3；ρc

——实际粉尘的真密度，kg/m3。为了便于计算，有的厂家随机给出换算表，根据尘粒真密度和节流片规格，即可查得分级粒径。75每次试验所需的尘样为10～20g，采用万分之一天平称重。分级一次所需时间为20～30min。每次分级后，应将分级室内残留的粉尘刷出、称重。然后再放入离心分级机中在新的风量下（即新的节流片下）进行分级，直到分级完毕。经第i级分离后的残留物，即粒径大于dci的尘粒，在尘样中所占的质量百分数按下式计算：

dci-∞

——第i级分离后，粒径大于dci的尘粒所占的质量百分数，%；Gi

——第i级分离后在分级室内残留的尘粒质量，g；G0——第一级分离时残留在加料容器金属筛网上的尘粒质量，g；G——试验粉尘的质量，g。76某一粒径间隔内的尘粒所占质量百分数为dØi——在dci-1～dci的的粒径间隔内的尘粒所占的质量百分数，%；Gi-1

——第i-1次分级后在分级室内残留的尘粒质量，g。这种仪器操作简单，重现性好，适用于松散性的粉尘，如滑石粉、石英粉、煤粉等。不适用于粘性粉尘成或粒径≤1μm粉尘。由于它分离尘粒的情况与旋风除尘器相似，旋风除尘器实验用的粉尘用它进行测定较为适宜。777．3．3沉降天平法沉降天平法是用粒径不同的粉尘在液体介质中沉降速度的不同，使粉尘颗粒分级的仪器。其工作原理如图7-28所示。如均匀分散悬浮液中含有不同粒径（d1、d2、d3、d4）的尘粒，由于沉降速度的不同，在沉降距离H内，它们的沉降时间分别为τ1、τ2、τ3、τ4。不同粒径尘粒的沉降量与时间的函数关系可用直线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ表示。78图7-28沉降曲线解析原理图把不同尘粒的沉降直线迭加，得出的不现折线0PQRN就是全部尘粒的合成沉降曲线。运用几何原理可以证明，直线0P和PQ的斜率差就是粒径d1尘粒的沉降率。就是d1尘粒的沉降总量，在纵坐标用（W1～0）表示。同理（W2～W2）即为d2的沉降总量。W2～0即为全部粉尘的总沉降量。将某一粒径（di）尘粒的沉降量

Wi除以总沉降量W，即为该粒径下尘粒所占质量百分数。79因为生产粉尘的粒径分布大多是连续的，所以得出的沉降曲线如图7-29所示，该曲线的顶点（坐标原点）是粉尘开始沉降的点。横轴为粉尘沉降所需的时间（或相应的粉尘粒径）；纵轴为沉降粉尘的累计质量。图7-29沉降曲线80沉降天平的结构如图7-30所示。图7-30沉降天平结构示意图1－称量盘；2－沉降瓶；3－天平横梁；4－光源；5－光源；6－反光镜；7－光电二极管；8－驱动装置；9－记录装置；10－加载装置天平原处于平衡状态，当悬浮液中尘粒沉积到称量盘上达到一定量（10～20mg）时，天平失去平衡，横梁3产生最大倾斜，此时光路接通。沉降天平测定的粒径范围为0.2～4μm。用沉降天平法测出的尘粒粒径就是斯托克斯粒径。817．3．4惯性冲击法惯性冲击法是利用惯性冲击使尘粒分级的。它的工作原理如图7-31所示，从喷嘴高速喷出的含尘气流与隔板相遇时，要改变自身的流动方向，进行绕流。图7-31惯性冲击尘粒分级原理图1－喷嘴；2－隔板；3－粗大尘粒；4－细小尘粒82气流中惯性大的尘粒会脱离气流撞击并沉积在隔板上。如果把几个喷嘴依次串联，逐渐减小喷嘴直径，并由上向下依次减小喷嘴与隔板的距离，在各级隔板上就会沉积不同粒径的尘粒。各级喷嘴所能分离的粒径，可用有关公式计算。用上述原理测定粉尘粒径分布的仪器称为串联冲进器，串联冲击器通常由两级以上的喷嘴串联而成。83图如7-32是串联冲击器用于现场测定时的情况。这种仪器可以直接测定管道内粉尘的浓度和粒径分布。图7-32串联冲击器1－冲击器底座；2－滤膜；3－底座上盖；4－挡板；5－喷嘴；6－级冲击器；7－真空度测试孔；8－真空表Ⅰ；9－真空表Ⅱ；10－转子流时计；ll－针状阀；12－真空泵84和前面所述的仪器相比，采用串联冲击器可以大大简化操作程序和测定时间。用其他方法测定粉尘粒径分布时，最少需要5～10g尘样，在高效除尘器的出口，取这样多的尘样是很困难的。所以，测定高效除尘器出口处的粉尘粒径分布时，它的优越性更为突出。用上述各种方法测出的粉尘粒径分布都可以画在对数概率纸上，以便进一步分析检查。857．4粉尘浓度的测定7．4．1工作区粉尘浓度的测定工作区粉尘浓度的测定的常用方法是滤膜测尘法，由于这种方法具有操作简单、精度高、费用低、易于在工矿企业中推广等优点而得到广泛应用。此外射线测尘、压电天平测尘等快速测尘方法，在工矿企业中也得到逐步应用。86

（1）滤膜测尘法1）测定原理对工作环境中粉尘浓度的测定方法，标准规定用滤膜增重法，即用抽气泵抽取一定体积的含尘气体，把气体中的粉尘阻留在已知质量的滤膜上，由采样后滤膜的增重，计算出单位体积空气中所含粉尘的质量（mg／m3）。q——采样流,l／min；t——采样时间，min。872）测定器材用采样器从车间空气中采集尘样，所用采样器的结构如图7-33所示。由滤膜采样头，转子流量计和抽气泵等部分所组成。图7-33滤膜测尘系统1－三脚支架，2－滤膜采样头3－转子流量计，4－调节流量螺旋夹，5－抽气泵88①采样滤膜采样用的滤膜采用过氯乙烯纤维滤膜。当粉尘浓度低于50mg／m3时，用直径40mm的滤膜；当粉尘浓度太高时，为防止滤膜上积存的粉尘层太厚脱落下来，改用直径为75mm的滤膜。当过氯乙烯纤维滤膜不适用时，改用玻璃纤维滤膜。②天平：称重滤膜的天平，用感量不低于0.0001g的分析天平，按计量部门的规定，每年校验一次。89③流量计：气体流量计，常用15～40l/min的转子流量计，也可应用涡轮式气体流量计；当需要加大流量时，可用提高到80l/min的流量计，流量计至少每半年用钟罩式气体计量器，皂膜流量计或精度为±1％的转子流量计校正一次。若流量计有明显污染时，应及时清洗校正。④滤膜采样头：滤膜采样头的结构如图7-34，由顶盖1、漏斗2、夹盖3等组成。平面滤膜6被夹在锤形环4和夹座5之间，由顶盖1拧紧在带螺旋的夹座5上。形成一绷紧平面。903）测定方法根据作业场所空气中粉尘测定方法中规定：采样位置选择在接近操作（一般距地面高1.5左右）或产尘点的工人呼吸带。对连续性产尘作业的工作环境，在作业开始30min后开始测定，对于阵发性产尘作业，在工人工作时采样。采样流量一般用15～40l/min，不得超过80l/min。采祥时间一般不少于10min，以滤膜上的粉尘增重不低于1mg为基本要求调节采样时间。91（2）光散射测尘光散射式粉尘浓度计是利用光照射尘粒引起的散射光，经光电器件变成电讯号，用其表示悬浮粉尘浓度的一种快速测定仪，被测量的含尘空气由仪器内的抽气泵吸入，通过尘粒测量区。在此区域它们受到由专门光源经透镜产生的平行光的照射，由于尘粒的存在，会产生不同方向（或某一方向）的散射光，由光电倍增管接受后，再转变为电讯号。如果光学系和尘粒系一定，则这种散射光强度与粉尘浓度间具有一定的函数关系。92如果将散射光量经过光电转换元件变换成为有比例的电脉冲，通过单位时间内的脉冲计数，就可以知道悬浮粉尘的相对浓度。由于尘粒所产生的散射光强弱与尘粒的大小、形状、光折射率、吸收度、组成等因素密切相关，因而根据所测得散射光的强弱从理论上推算粉尘浓度比较困难。这种仪器要通过对不同粉尘的标定，以确定散射光的强弱和粉尘浓度的关系。93光散射式粉尘浓度计可以测出瞬时的粉尘浓度及一定时间间隔内的平均浓度，并可将数据储存于微机中。量测范围可从0.0lmg／m3至100mg／m3。其缺点是对不同的粉尘，需进行专门的标定。这种仪器在国外应用较为广泛。947．4．2管道内空气含尘浓度的测定（1）采样装置管道中气流含尘浓度的测定装置如图7-35所示。它与工作区采样装置的不同点是，在滤膜采样器之前增设采样管2，含尘气流经采样管进入采样装置3，因此采样管也称引尘管。图7-35管道采样示意图1－采样头；2－采样管；3－滤膜采样器；4－温度计；5－压力计；6－流量计；7－螺旋夹；8－橡皮管；9－抽气机95采样管头部设有可更换的尖嘴形采样头1，如图7-36所示。滤膜采样器的结构也略有不同，在滤膜夹前增设了圆锥形漏斗，如图7-37所示。图7-36采样头图7-37管道采样用的滤膜采样盒96在高浓度场合下，为增大滤料的容尘量，可以采用图7-38所示的滤筒收集尘样。滤筒的集尘面积大、容尘量大，阻力小、过滤效率高，对0.3～0.5μm的尘粒捕截效率在99.5％以上。图7-38滤筒及滤筒夹1－采样嘴；2－滤筒；3－滤筒夹；4－外盖；5－内盖97国产的玻璃纤维滤筒有加胶合剂的和不加胶合剂的两种。加胶合剂的滤筒能在200℃以下使用，不加胶合剂的滤筒可在400℃以下使用，国产的刚玉滤筒可在850℃以下使用。有胶合剂的玻璃纤维滤筒，含有少量的有机粘合剂，在高温下使用时，由于粘合剂蒸发，滤筒质量会有某些减轻。因此使用前、后必须加热处理，去除有机物质，使滤简质量保持稳定。98按照集尘装置（滤膜、滤筒）所放位置的不同，采样方式分为管内采样和管外采样两种。图7-35所示中的滤膜放在管外，称为管外采样。如果滤膜或滤筒和采样头一起直接插入管内，如图7-39所示，称为管内采样。图7-39管内采样1－采样嘴；2－滤筒；3－采样管；4－风道壁图7-35管内采样99管内采样的主要优点是尘粒通过采样嘴后直接进入集尘装置，沿途没有损耗。管外采样时，尘样要经过较长的采样管才进入集尘装置，沿途有可能粉尘粘附在采样管壁上，使采集到的尘量减少，不能反映真实情况。尤其是高温、高湿气体，在采样管中容易产生冷凝水，尘粒粘附于管壁，造成采样管堵塞。管外采样大都用于常温下通风除尘系统的测定，管内采样主要用于高温烟气的测定100管道中采样的方法与步骤和工作区采样不完全相同，它有两个特点：一是采样流量必须根据等速采样的原则确定。即采样头进口处的采样速度应等于风管中该点的气流速度。二是考虑到风管断面上含尘浓度分布不均匀，必须在风管的测定断面上多点取样，求得平均的含尘浓度，101（2）等速采样在风管中采样时，为了取得有代表性的尘样，要求采样头进口正对含尘气流，采样头轴线与气流方向一致，其偏斜的角度应小于±5°否则，将有部分尘粒（直径大于4μm）因惯性不能进入采样头，使采集的粉尘浓度低于实际值。另外，采样头进口处的采样速度应等于风管中该点的气流速度，即“等速采样”。非等速采样时，较大的尘粒因受惯性影响不能完全沿流线运动，因而所采得的样品不能真实反映风管内的尘粒分布。102

如图7-40所示是采样速度小于、大于和等于风管内气流速度时，尘粒的运动情况。图7-40在不同采样速度时尘粒运动情况103采样流速小于风管的气流速度时，处于采样头边缘的一些粗大尘粒（＞3～5μm），本应随气流一起绕过采样头。由于惯性的作用，粗大尘粒会继续按原来方向前进，进入采样头内，使测定结果偏高。104当采样速度大于风管中流速时，处于采样头边缘的一些粗大尘粒，由于本身的惯性不能随气流改变方向进入采样头内，而是继续沿着原来的方向前进，在采样头外通过，使测定结果比实际情况偏低。105只有当采样流速等于风管内气流速度时，采样管收集到的含尘气流样品，才能反映风管内气流的实际含尘情况。在实际测定中，不易作到完全等速采样。经研究证明，当采样速度与风管中气流速度误差在-5％～＋10％以内时，引起的误差可以忽略不计。采样速度高于气流速度时所造成的误差，要比低于气流速度时小。106为了保持等速采样，最普遍采用的是预测流速法，另外还有静压平衡法和动压平稳衡法等。1）预测流速法

为了作到等速采样，在测尘之前，先要测出风管测定断面上各测点的气流速度，然后根据各测点速度及采样头进口直径算出各点采样流量，进行采样。根据采样头进口内径d(mm)和采样点的气流通度v（m/s），即可算出等速采样的抽气量，即1072）静压平衡法管道内气流速度波动大时，按上述方法难以取得准确的结果，为简化操作，可采用如图下所示的等速采样头。在等速采样头的内、外壁上各有一根静压管。对于采用锐角边缘、内外表面精密加工的等速采样头，可以近似认为，气流通过采样头时的阻力为零。108因此，只要采样头内外的静压差保持相等，采样头内的气流速度既等于风管内的气流速度（即采样头内外的动压相等）。采用等速采样头采样，不需预先测定气流速度，只要在测定过程中调节采样流量，使采样头内、外静压相等，就可以做到等速采样。采用等速采样头可以简化操作，缩短测定时间。但是，由于管内气流的紊流、摩擦以及采样头的设计和加工等因素的影响，实际上并不能完全做到等速采样。等速采样头目前主要用于工况不太稳定的锅炉烟气测定。109（3）采样点的布置测定管内气流的含尘浓度，要考虑气流的运动状况和管道内粉尘的分布情况。经研究表明风管断面上含尘浓度的分布是不均匀的。在垂直管中，含尘浓度由管中心向管壁逐渐增加。在水平管中，由于重力的影响，下部的含尘浓度较上部大，而且粒径也大。一般认为，在垂直管段采样，要比在水平管段采样好。要取得风管中某断面上的平均含尘浓度，必须在该断面进行多点采样。目前常用的采样方法如下：1101）多点采样法分别在已定的每个采样点上采样，每点采集一个样品，而后再计算出断面的平均粉尘浓度。这种方法可以测出各点的粉尘浓度，了解断面上的浓度分布情况，找出平均浓度点的位置。缺点是测定时间长，工序繁琐。1112）移动采样法为了较快测得管道内粉尘的平均浓度，可以用同一集尘装置，在已定的各采样点上，用相同的时间移动采样头连续采样。由于各测点的气流速度是不同的，要做到等速采样，每移动一个测点，必须迅速调整采样流量。在测定过程中，随滤膜上或滤筒内粉尘的积聚，阻力也会不断增加，必须随时调整螺旋夹，保证各测点的采样流量保持稳定。每个采样点的采样时间不得少于2min。该方法测定结果精度高，目前应用较为广泛。1123）平均流速点采样法找出风管测定断面上的气流平均流速点，并以此点作为代表点进行等速采样。把测得的粉尘浓度作为断面的平均浓度。1134）中心点采样法在风管中心点进行等速采佯，以此点的粉尘浓度作为断面的平均浓度。这种方法测点定位较为方便。对于粉尘浓度随时间变化显著的场合，采用上述三种方法测出的结果较为接近实际。在常温下进行管道测尘时，同样要考虑温度、压力变化对流量计读数的影响，因此要根据有关公式进行修正。滤膜的准备、含尘浓度计算等，与工作区采样基本相同。1147．5通风除尘系统的测定7．5．1排风罩的测定排风罩测定的内容主要包括：排风罩的排风量、排风罩的阻力和阻力系数、排风罩的流量系数以及排风罩口外速度的变化规律等。115（1）排风罩的排风量测定1）测定排风罩罩面平均风速的方法

排风罩的排风量可以通过测定罩口上的平均吸气速度up和罩口面积F0来确定，即：测定罩口平均风速的仪器可用叶轮风速计和热球风速计等，测定的方法可以视具体情况而定。1162）用动压法测定排风量如图7-42所示，在测定断面测得该断面各测点的动压值Pdj，可用以下几式计算出各测点的风速u、测定断面的平均风速up和排风罩的排风量。

1173）用静压法测定排风罩的排风量在实际测定中，用测定排风罩面上或其连接管道中平均风速（或平均动压）的方法比测定其排风量比较麻烦，且可能不易找到气流比较平稳的断面，可以用静压法测定排风罩的排风量。如图所示的测定方法测出排风罩连接管中的静压Pj，则排风量Q可用下式计算

118μ——流量系数，只与